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紫外光固化手機涂料附著力和耐磨性的研究,介紹了紫外光固化的概念,討論了預聚物、活性稀釋劑以及添加劑對紫外光固化手機涂料附著力和耐磨性的影響
2019年08月15日    閱讀量:582    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿



手機機殼表面皆需被覆涂料。涂料除裝飾作用外,更重要的是保護。不同廠商有自己的企業規范涂料在線coatingol.com。但也有一定的共同點:皆需要良好的附著力,優良的耐磨耗性能。涂料 按 固 化機理大致分為溶劑型和非溶劑型兩類。前者需用溶劑將成膜物稀釋到所需粘度,通過溶劑揮發達到干燥或固化的目的。后者屬于輻射固化型涂料,其中90%以上是UV(紫外光)固化涂料. UV固化涂料與溶劑型涂料比較,具有低VOC(volatile organic composition,揮發性有機物)排放、低能耗、高速固化等優點,因此UV固化涂料是涂料行業增長最快的一個品種。進入21世紀后,我國UV固化涂料以大于50%的年增長率快速增長。近年來,手機行業也采用了UV固化涂料。影響 UV 固化手機涂料性能的因素有很多:液體涂料的固化速率、固化程度,固化膜的光澤度、與基材的附著力、耐化學品性、耐候性、硬度和耐磨耗性等。本實驗著重對附著力和耐磨耗性進行較深人的探討。


1 實驗部分

1.1 主要原材料和儀器

1.1.1 主要原材料

預聚物 : 新齊3(雙酚A環氧丙烯酸醋),自制;PEA400(聚醋丙烯酸醋)、PUA315聚醋改性丙烯酸聚氨醋樹脂)、PUA305(脂肪酸改性丙烯酸聚氨醋樹脂),陜西金嶺光固化材料股份有限公司。

活性稀釋劑:二縮三丙二醇二丙烯酸醋(TPGDA),1,6一已二醇二丙烯酸醋(HDDA)、三經甲基丙烷三丙烯酸醋(TMPTA),臺灣長興化學品公司。

助劑 : BY K-361,德國BYK公司;432,810,臺灣德謙涂料助劑公司;EFKA-3035,荷蘭EFKA公司。

1.1.2 儀器

紫外 光 固 化機UV-125A型,北京埃士博印刷新技術發展中心;QFZ漆膜附著力測定儀,天津市材料試驗機廠;XB線棒涂布器、JM-IV型磨耗儀,上海現代環境工程技術研究所;CCA-100表面張力測定

儀,英國CAMTEL公司。

1.2 涂料的配制及固化

一定 量 的 預聚物、活性稀釋劑、光引發劑及添加劑(必要時)按比例攪拌混合,將一塊光滑、潔凈的毛玻璃平板或待涂敷的手機面料置于平臺上,用XB線棒涂布器涂敷或用涂料噴槍均勻噴涂至所需厚度,在UV輻射下固化。

1.3 性能測試

1.3.1 涂膜附著力

按 GB 17 20-89涂膜附著力測定法進行。定為七級,一級最佳,七級最差。

1.3.2 涂膜的耐磨性

按 GB 17 68-89漆膜耐磨耗性測定法進行。磨耗較少者為耐磨性好。


2 結果與討論

2.1 附著力及其影響因素

涂膜與基材之間可以通過機械結合、范德華力、形成氫鍵和化學鍵、互相擴散等作用形成粘附力。這些作用產生的粘附力決定了涂膜與基材的附著力。

2.1.1 預聚物的影響

預 聚物 是 涂料中最主要的成膜物質,對固化膜性能影響最大。固定其他條件,考察了新齊3,PEA400,PU A315和PUA305對附著力的影響,對結果較好的新齊3和PUA315進行了復配試驗。結果見表1所示。

預聚物配比對涂膜附著力的影響

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由表 1可 見,在其它組分不變的條件下,改變新齊3與PUA315的比例,附著力變化很大。增大前者的比例,附著力變差。這是由于新齊3中的雙酚A剛性結構使固化速率快,但涂膜收縮率大,產生收縮應力,涂膜性脆,附著力變差. P UA315中含有較長的柔性鏈結構,涂膜收縮率小,同時涂膜與基材形成氫鍵是提高涂膜附著力的主要因素。配方6中新齊3提供了較快的固化速率和表面硬度,而PUA315則提供了較好的附著力。

2.1.2 活性稀釋劑的影響

確定 預 聚 物的種類和含量后,考察了雙官能度的TPGDA,HDDA和三官能度的TMPTA對附著力的影響,在TPGDA : TMPTA = 4,1時,可得到最佳附著力。原因為:TMPTA是三官能度單體,固化快,收縮應力大,含量高時,附著力下降;TPGDA交聯密度低,收縮率小,使涂膜的殘余應力降低,導致涂膜附著力增強。

2.1.3 助劑對表面張力和附著力的影響

涂料 被 覆 到手機上后,有的流平性很好,有的會產生各種弊端。這大多與液體涂料對固體表面的潤濕有關:手機機殼多為塑料,屬低表面能物質,若低于液體涂料的表面能,涂料難潤濕表面,不但造成各種表面缺陷,附著力也受到極大的影響。使用流平助劑,可降低涂料的表面張力,增加涂料對底材的潤濕性。極大地改善附著力。表2是在22oC、加人助劑前后用CCA-100表面張力測定儀測得的表面張力變化以及固化膜附著力的情況。明顯的規律是,較低表面張力的涂料附著力有很大的改善。

流平助劑的種類與固化時間及表面狀態的關系

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2.2 耐磨性及其影響因素

涂料的耐磨性和涂料表面的摩擦系數和涂料體系的脆性和彈性有關,化學組成(軟段/硬段比率)、涂膜的分子結構(聚合物的交聯結構、交聯密度)決定著耐磨性的優劣。

2.2.1 預聚物的影響

(1) 預聚物種類的影響用不同種類預聚物配制涂料,觀察涂膜耐磨性的情況影響,見表3所示。

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預聚物種類對耐磨性的影響

環氧丙烯酸醋主鏈結構中的雙酚A結構單元屬剛性結構,硬度大,柔韌性差;聚氨醋丙烯酸醋類涂料耐磨性較好,是因為氨醋鍵間形成氫鍵的緣故:應力較高時,氫鍵斷裂吸收能量,保護了共價鍵;外力撤消,氫鍵重新形成。實際配制的涂料從綜合性能考慮,采用新齊3與PUA315復配。

(2) 預 聚 物的含量對涂料耐磨性的影響以新齊3,PUA315=3:7為基礎,改變預聚物的含量,涂料耐磨性見表4,

預聚物的含量對耐磨性的影響

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由表4可見,磨耗失重隨著預聚物含量的增加而減少,但預聚物過多,耐磨性反而降低。原因是:聚合物材料的強度主要取決于主鏈的化學鍵力和分子間的作用力,增加主鏈的強度或增加分子間作用力,可使聚合物的強度增加。預聚物含量上升,涂膜分子量增加,涂膜的強度和耐磨性都較好;預聚物含量超過55%時,涂料的粘度上升,不利于涂膜的流平和對表面的潤濕,表面狀態不好,摩擦系數變大,耐磨性降低。

2.2.2 活性稀釋劑的影響

總的影響是,少量的多官能度稀釋劑可提高耐磨性,但量太多,則會有負面影響。較好的配方是TMPTA : TPGDA=1,4,二者總量占體系的30%-35%(限于篇幅,具體的試驗情況從略)。


3 結論

(1) 涂膜的附著力不但與預聚物和活性稀釋劑的組成有關,而且由于手機機殼是低表面能的物質,因此合適的流平劑對提高附著力有很大作用。

(2) 涂膜的耐磨性與預聚物的種類有很大關系,聚氨醋丙烯酸酷類預聚物耐磨性較好。

(3) 通 過 試驗,具有較佳附著力和耐磨性的手機用UV固化配方為:預聚物占體系總量的50%-55%,其中,新齊3 : PUA315 = 3 : 7,活性稀釋劑占體系總量的40%- 45%,光引發劑占3%-7%,另

加少量的流平劑及其他添加劑。


紫外光固化手機涂料附著力和耐磨性的研究


江天1‘ 孫會寧2“ 馬家舉2“ 江校2“

(1.摩托羅拉(中國)電子有限公司,天津300457;2.安徽理工大學化工系,淮南232001)


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